DE102020200006A1 - Fahrzeugbatterie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbatterie (2) eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Batteriegehäuse (4) mit einem Gehäusedeckel (8) und mit einer Gehäuseunterschale (6), welche einen zentralen Mitteltunnel (10) aufweist, welcher von einer Anzahl von Batteriefächern (12) flankiert wird, und eine Anzahl von Batteriemodulen (14), welche in den Batteriefächern (12) angeordnet sind, und welche mittels Modulverbindern (16) miteinander elektrisch in Reihe verschaltet sind, sowie einem zwischen den Batteriemodulen (14) und dem Gehäusedeckel (8) vorgesehenen Isoliermaterial (20, 32) zur thermischen Isolierung, wobei in der Reihenschaltung der Batteriemodule (14) mindestens ein betätigbares Trennelement (24) verschaltet ist, welches die Reihenschaltung galvanisch unterbricht, wenn eine thermische Überlast mindestens eines Batteriemoduls (14) auftritt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbatterie eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug mit einer solchen Fahrzeugbatterie.
  • Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel einen Elektromotor, mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an ein fahrzeuginternes (Hochvolt-)Batteriesystem als elektrischen Energiespeicher angeschlossen.
  • Unter einem Batteriesystem ist insbesondere eine elektrochemische Batterie beziehungsweise eine sogenannte sekundäre Batterie (Sekundärbatterie) des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Bei einer solchen (sekundären) Fahrzeugbatterie ist die verbrauchte chemische Energie mittels eines elektrischen (Auf-)Ladevorgangs wiederherstellbar. Derartige Fahrzeugbatterien sind beispielsweise als elektrochemische Akkumulatoren, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgeführt. Zur Erzeugung oder Bereitstellung einer ausreichend hohen Betriebsspannung weisen solche Fahrzeugbatterien typischerweise mindestens ein Batteriezellmodul oder Batteriemodul auf, bei welchem mehrere einzelne Batteriezellen modular verschaltet sind.
  • Ein solches Batteriesystem weist vorzugsweise eine möglichst hohe Energiedichte auf, so dass eine entsprechend hohe Reichweite für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs realisiert ist. Zu diesem Zwecke sind typischerweise eine hohe Anzahl von Batteriemodulen beziehungsweise Batteriezellen dicht gepackt in einem Batteriegehäuse angeordnet.
  • Zur Reduzierung von Stromwärmeverlusten weisen die verschalteten Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen einen möglichst geringen elektrischen Innenwiderstand auf. Durch die niedrigen Innenwiderstände treten jedoch im Falle eines elektrischen Kurzschlusses vergleichsweise hohe Kurzschlussströme auf. Aufgrund der hohen Packungs- oder Energiedichte in Fahrzeugbatterien besteht die Gefahr, dass es beispielsweise aufgrund eines internen Kurzschlusses oder eines Überladens der Batteriezelle, zu einer sich selbst verstärkende Kettenreaktion kommt, welche als thermisches Durchgehen (engl.: thermal runaway) bezeichnet wird. Beim thermischen Durchgehen wird zum einen eine entsprechend hohe Wärmeenergie freigesetzt, zum anderen entsteht hierbei in der Batteriezelle zusätzlich ein Gas, insbesondere aufgrund einer Zersetzung des Elektrolyts, wodurch in der Batteriezelle ein hoher Innendruck entsteht. Aufgrund dessen kann sich die Batteriezelle verformen, brennen oder sogar explosionsartig den Gasdruck ablassen. Ein derartiges thermisches Durchgehen oder ein derartiger Brand aufgrund einer Selbstentzündung der Fahrzeugbatterie kann auch bei einer Beschädigung des Batteriesystems, beispielsweise im Zuge eines Fahrzeugunfalls oder Fahrzeugcrashs auftreten.
  • Bei einer Fahrzeugbatterie ist daher eine Brandprävention oder Brandschutz im Hinblick auf eine Selbstentzündung oder ein thermisches Durchgehen hinsichtlich der Betriebssicherheit sowie zum allgemeinen Personenschutz von besonderer Bedeutung. Hierbei ist es beispielsweise aufgrund von gesetzlichen Vorgaben notwendig, dass die Fahrzeugnutzer oder Fahrzeuginsassen bei einer Selbstentzündung der Fahrzeugbatterie rechtzeitig gewarnt werden. Insbesondere ist es hierbei notwendig, dass zwischen der Warnung und einer sichtbaren Entflammung oder Flammenbildung der Fahrzeugbatterie, also zwischen der Warnung und einem Risiko für die Fahrzeugnutzer, eine gewisse Mindestzeitdauer, beispielsweise fünf Minuten, gegeben ist, um eine sichere und zuverlässige Evakuierung der Fahrzeugnutzer zu ermöglichen.
  • Aus der WO 2017/139826 A1 ist eine Batterie mit einer Anzahl von Batteriezellen bekannt. Die Batteriezellen sind hierbei mittels Zellenverbindern miteinander verschaltet. Zwischen den Batteriezellen ist ein Schutzmaterial mit Intumeszenz vorgesehen, welches unter Hitzeeinwirkung anschwillt oder aufquillt. Im Falle eines thermischen Durchgehens kommt es somit zu einer Ausdehnung des Schutzmaterials, welche eine räumliche Beabstandung der Batteriezellen bewirkt. Hierbei werden die Zellenverbinder an einer jeweiligen Sollbruchstelle getrennt, so dass die Verschaltung der Batteriezellen galvanisch aufgelöst wird. Durch die räumliche und elektrische Trennung oder Separierung der Batteriezellen wird die defekte Batteriezelle effektiv aus dem Zellenverbund isoliert, so dass benachbarte Batteriezellen geschützt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Fahrzeugbatterie anzugeben. Insbesondere soll eine Gefahr einer Selbstentzündung oder eines thermisches Durchgehens innerhalb der Fahrzeugbatterie möglichst vermieden oder zumindest reduziert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug anzugeben.
  • Hinsichtlich der Fahrzeugbatterie wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die Fahrzeugbatterie angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.
  • Die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie ist für ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug, wie beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Fahrzeugbatterie weist hierbei ein Batteriegehäuse mit einer Gehäuseunterschale und mit einem diese abdeckenden Gehäusedeckel auf. Die Gehäuseschale ist mit einem zentralen Mitteltunnel ausgestattet, welcher von einer Anzahl von Batteriefächern seitlich, insbesondere zweiseitig, flankiert wird.
  • Eine Anzahl von elektrochemischen Batteriemodulen ist in den Batteriefächern angeordnet, wobei vorzugsweise je Batteriefach ein Batteriemodul vorgesehen ist. Die Batteriemodule sind hierbei mittels Modulverbindern elektrisch miteinander in Reihe oder Serie verschaltet.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäusedeckel ein Isoliermaterial zur thermischen Isolierung vorgesehen, welches zumindest zeitweise den Gehäusedeckel vor einem Flammendurchtritt im Falle einer thermischen Überlast der Batteriemodule schützt. Des Weiteren ist erfindungsgemäß mindestens ein betätigbares Trennelement in der Reihen- oder Serienschaltung der Batteriemodule verschaltet, welches die Reihenschaltung galvanisch unterbricht, wenn eine thermische Überlast mindestens eines Batteriemoduls auftritt. Dadurch ist eine besonders geeignete und sichere Fahrzeugbatterie realisiert.
  • Unter einer „thermischen Überlast“ oder „thermischen Überlastung“ ist hier und im Folgenden insbesondere eine Hitze- oder Wärmeentwicklung im Zuge einer Selbstentzündung oder eines thermischen Durchgehens eines oder mehrerer Batteriemodule beziehungsweise deren Batteriezellen zu verstehen.
  • Zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäusedeckel ist eine thermisch isolierende, insbesondere nicht brennbare oder brandisolierende oder brandhemmende, Schutzschicht in Form des Isoliermaterials vorgesehen, welche im Falle einer Selbstentzündung oder eines thermischen Durchgehens der Batteriemodule ein Durchbrennen des Gehäusedeckels verhindert oder zumindest zeitlich verzögert. Mit anderen Worten ist das Isoliermaterial hitzebeständig, beispielsweise bis etwa 400 °C (Grad Celsius). Das Isoliermaterial ist hierbei beispielsweise als eine zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäusedeckel angeordnete Matte ausgebildet.
  • Zusätzlich zu dem Isoliermaterial wird bei einer erkannten Selbstentzündung eines Batteriemoduls beziehungsweise einer Batteriezelle die elektrische Verschaltung der Batteriemodule an mindestens einer Stelle galvanisch unterbrochen. Durch die hohe Energiedichte der Batteriemodule ist entlang der Reihenschaltung eine hohe Spannungsdifferenz im Bereich des Mitteltunnels realisiert. Durch die galvanische Trennung oder Unterbrechung an mindestens einer Stelle der Reihenschaltung werden derartig hohe Spannungsdifferenzen oder Spannungsunterschiede innerhalb des Batteriegehäuses reduziert. Dadurch wird eine Gefahr von Spannungsüberschlägen, welche eine Entzündung der Batteriemodule bewirken können, innerhalb der Fahrzeugbatterie vorteilhaft reduziert.
  • Durch das Isoliermaterial einerseits und das Trennelement andererseits ist eine besonders sichere Fahrzeugbatterie realisiert. Durch die galvanische Unterbrechung der Batteriemodul-Verschaltung ist weiterhin die Gefahr einer Ausbreitung einer Selbstentzündung oder eines thermischen Durchgehens von einem betroffenen Batteriemodul auf benachbarte Batteriemodule reduziert. Dadurch ist ein effektiver und sicherer Propagationsschutz der Fahrzeugbatterie bei einem thermischen Durchgehen eines Batteriemoduls beziehungsweise einer Batteriezelle gewährleistet.
  • Durch die Kombination des Isoliermaterials mit der galvanischen Unterbrechung der Batteriemodul-Verschaltung ist eine besonders sichere Fahrzeugbatterie realisiert. Die galvanische Unterbrechung der Reihenschaltung verhindert im Wesentlichen Spannungsüberschläge, so dass es möglichst nicht zu einer Entzündung der Batteriemodule kommt. Wenn die Batteriemodule dennoch entzündet werden verhindert das Isoliermaterial ein Durchbrennen des Gehäusedeckels. Dadurch wird eine sichtbare Entflammung der Fahrzeugbatterie im Fehlerfall verhindert oder möglichst lange hinausgezögert, so dass Fahrzeugnutzer eine besonders lange Zeit zur Evakuierung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird. Dadurch werden gesetzliche Vorgaben zuverlässig eingehalten.
  • Die Auslösung oder Betätigung des Trennelements erfolgt beispielsweise automatisch oder selbsttätig. Vorzugsweise ist das Trennelement hierbei signaltechnisch mit einem Controller, also einer Steuereinheit, gekoppelt. Der Controller ist hierbei beispielsweise als ein Batteriemanagementsystem (BMS) der Fahrzeugbatterie ausgebildet.
  • Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - dazu eingerichtet die Reihenschaltung der Batteriemodule im Fehlerfall, insbesondere bei thermischer Überlast, galvanisch an mindestens einer Stelle zu trennen. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, das Trennelement beispielsweise anhand von Sensordaten eines Temperatur-, Druck- oder Brandsensors innerhalb des Batteriegehäuses zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise versendet der Controller bei einem solchen Fehlerfall ein Warnsignal an einen Fahrzeugnutzer, so dass dieser das Kraftfahrzeug zeitnah verlassen kann, bevor es zu einer sichtbaren Flammenbildung der Fahrzeugbatterie kommt.
  • Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Betätigung des Trennelements in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Isoliermaterial elektrisch isolierend ausgebildet. Mit anderen Worten weist das Isoliermaterial sowohl thermisch isolierende als auch elektrisch isolierende Eigenschaften auf. Vorzugsweise ist das Isoliermaterial aus einem Glimmer- oder einem Glasfasermaterial hergestellt. Dadurch werden elektrische Spannungsüberschläge auf den Gehäusedeckel vermieden.
  • Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zu dem Isoliermaterial zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäusedeckel auch Isoliermaterial an Stellen des Batteriegehäuses eingesetzt wird, welche aufgrund ihres räumlichen Abstands zu hochspannungsführenden Teilen bei hohen Temperaturen von Spannungsüberschlägen betroffen sein können.
  • In einer geeigneten Ausgestaltung ist hierbei der oder jeder Modulverbinder mit dem Isoliermaterial versehen. Dies bedeutet, dass zusätzlich zu dem Isoliermaterial zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäusedeckel auch Isoliermaterial im Bereich der hochspannungsführenden Modulverbinder vorgesehen ist. Dadurch wird der integrierte Schutz vor batterieinternen Spannungsüberschlägen der Fahrzeugbatterie weiter verbessert.
  • In einer ebenso geeigneten, zusätzlichen oder alternativen, Ausgestaltung sind metallische Befestigungselemente innerhalb des Batteriegehäuses, wie beispielsweise Befestigungsschrauben zur Fixierung der Batteriemodule in den Batteriefächern, mit dem Isoliermaterial versehen. Dadurch werden Spannungsüberschläge innerhalb des Batteriegehäuses im Zuge einer Selbstentzündung oder eines thermischen Durchgehens eines Batteriemoduls im Wesentlichen vollständig vermieden.
  • In einer bevorzugten Ausbildung ist das Isoliermaterial zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäusedeckel konturgetreu an eine Innenkontur des Gehäusedeckels angepasst. Unter einer Innenkontur des Gehäusedeckels ist hierbei insbesondere die Kontur oder Geometrie einer dem Gehäuseinneren oder dem Batteriegehäuseinnenraum zugewandten Oberflächen des Gehäusedeckels zu verstehen. Der Gehäusedeckel weist hierbei beispielsweise Sicken und/oder Vertiefungen als Gestaltabweichung von einer ebenen Oberfläche auf.
  • Durch die konturgetreue Anpassung oder Ausformung des Isoliermaterials werden somit auch Sicken und Vertiefungen des Gehäusedeckels durch das Isoliermaterial geschützt oder ausgefüllt. Mit anderen Worten werden Sicken und/oder Vertiefungen des Gehäusedeckels mit zusätzlichem Isoliermaterial geschützt. Dadurch ist ein besonders effektiver Schutz des Gehäusedeckels hinsichtlich eines Durchbrennens realisiert.
  • Zusätzlich oder alternativ ist ein spezieller Schutz von Sicken und/oder Vertiefungen des Gehäusedeckels durch thermisch beständige Einleger realisierbar, welche von außen auf den Gehäusedeckel aufgebracht sind.
  • Das Trennelement ist beispielsweise als eine Schmelzsicherung ausgebildet, welche im Zuge der thermischen Überlast aufgeschmolzen wird. In einer vorteilhaften Ausführung ist das Trennelement insbesondere als ein Schaltelement, vorzugsweise als ein Pyroschalter, zur galvanischen Gleichspannungsunterbrechung der Reihenschaltung der Batteriemodule ausgeführt. Dadurch ist eine zuverlässige und sichere galvanische Trennung der Verschaltung der Batteriemodule ermöglicht. In der Folge wird sichergestellt, dass im Falle einer thermischen Überlast die Spannungsdifferenz im Batteriegehäuse möglichst reduziert wird, so dass Spannungsüberschläge oder Lichtbögen vorteilhaft und einfach vermieden sind.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Isoliermaterial an dem Gehäusedeckel befestigt. Insbesondere ist das Isoliermaterial in einer denkbaren Weiterbildung stoffschlüssig an dem Gehäusedeckel befestigt. Beispielsweise ist das Isoliermaterial an den Gehäusedeckel geklebt. Dadurch ist eine einfache und aufwandsreduzierte Montage der Fahrzeugbatterie beziehungsweise des Batteriegehäuse ermöglicht.
  • Unter einem „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflächen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffs zusammengehalten werden.
  • In einer denkbaren Ausgestaltung ist das Isoliermaterial als ein deckelseitiger, elektrischer Berührungsschutz auf die Batteriemodule aufgebracht. Mit anderen Worten ist der Berührungsschutz der Batteriemodule durch das Isoliermaterial ersetzt beziehungsweise durch dieses gebildet. Dadurch ist eine Funktionsintegration des Isoliermaterials ermöglicht, wodurch ein separater Berührungsschutz in Form einer elektrisch isolierenden Abdeckung der Batteriezellen des Batteriemoduls entfallen kann. Somit ist eine besonders kostengünstige Fahrzeugbatterie realisiert.
  • In einer denkbaren Anwendung ist die vorstehend beschriebene Fahrzeugbatterie beispielsweise Teil eines modularen Baukastensystems. Unter einem solchen Baukastensystem ist insbesondere ein Fahrzeugbatterieset zur individuellen Anpassung an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen, insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Batterieleistungen, für ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug zu verstehen. Dadurch ist die Flexibilität und Effizienz beim Fahrzeugbau verbessert.
  • Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgeführt. Das Kraftfahrzeug weist hierbei eine vorstehend beschriebene Fahrzeugbatterie als Traktionsbatterie auf. Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie ist ein besonders sicheres Kraftfahrzeug realisierbar. Insbesondere ist es somit gewährleistet, dass Fahrzeugnutzer oder Fahrzeuginsassen bei einer Selbstentzündung der Fahrzeugbatterie rechtzeitig gewarnt werden, bevor eine sichtbare Entflammung oder Flammenbildung der Fahrzeugbatterie auftritt.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine Fahrzeugbatterie in einer ersten Ausführungsform mit einem Batteriegehäuse mit einem Gehäusedeckel und mit einer Gehäuseunterschale sowie mit einer Anzahl von Batteriemodulen,
    • 2 in Draufsicht das Batteriegehäuse in einer zweiten Ausführungsform ohne Gehäusedeckel, wobei die Batteriemodule mittels Modulverbindern und einem Trennelement in Reihe geschaltet sind,
    • 3 in Draufsicht das Batteriegehäuse gemäß 2, mit einem geöffneten Trennelement,
    • 4 in Draufsicht ausschnittsweise vier Batteriemodule mit zwei Modulverbindern, und
    • 5 die Fahrzeugbatterie in einer dritten Ausführungsform.
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 zeigt eine Fahrzeugbatterie 2 in einem teilweise auseinandergenommenen Zustand. Die Fahrzeugbatterie 2 ist als eine Traktionsbatterie eines nicht näher gezeigten elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ausgeführt. Die Fahrzeugbatterie 2 weist ein Batteriegehäuse 4 mit einer Gehäuseunterschale 6 und mit einem diese abdeckenden Gehäusedeckel 8 auf.
  • Die etwa rechteckige Gehäuseunterschale 6 weist einen mittig oder zentral angeordneten Mitteltunnel 10 auf, welcher sich zwischen den schmalseitigen Stirnseiten der Gehäuseunterschale 6 erstreckt. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Mitteltunnel 10 zweiseitig von jeweils sechs Batteriefächern 12 flankiert, in denen jeweils ein Batteriemodul 14 eingesetzt ist. Zur Bildung der Batteriefächer 12 erstrecken sich jeweils sechs nicht näher bezeichnete Trennwände von dem Mitteltunnel 10 zu den Langseiten der Gehäuseunterschale 6. Die Batteriefächer 12 und Batteriemodule 14 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
  • Die Verschaltung und Kontaktierung der zwölf Batteriemodule 14 erfolgt hierbei insbesondere im Bereich des Mitteltunnels 10. Die Batteriemodule 14 sind hierbei mittels Modulverbindern 16 (2) miteinander elektrisch in Reihe oder Serie geschaltet. Die Modulverbinder 16 verbinden hierbei jeweils einen Anschluss der Batteriemodule 14 mit einem benachbarten Anschluss des jeweils nächsten Batteriemoduls 14. Die Reihenschaltung der Batteriemodule 14 ist an einen stirnseitigen Anschluss 18 des Batteriegehäuses 4 geführt. Im Bereich des Anschlusses 18 ist weiterhin ein Druckausgleichsventil oder Überdruckventil 19 vorgesehen, welches im Falle eines gehäuseinnenseitigen Überdrucks öffnet.
  • Zwischen den Batteriemodulen 14 und dem Gehäusedeckel 8 ist ein mattenförmiges oder flächiges Isoliermaterial 20 aus Glimmer oder Glasfasern angeordnet. Das Isoliermaterial 20 weist sowohl elektrisch als auch thermisch isolierende Eigenschaften auf. Mit anderen Worten ist das Isoliermaterial 20 nicht elektrisch und thermisch leitfähig. Insbesondere ist das Isoliermaterial 20 nicht brennbar oder brandisolierend.
  • Der Gehäusedeckel 8 weist beispielsweise Sicken und Vertiefungen 22 auf, wobei das Isoliermaterial 20 vorzugsweise konturgetreu an eine durch die Sicken oder Vertiefungen 22 bewirkte Innenkontur des Gehäusedeckels 8 angepasst ist.
  • Das Isoliermaterial 20 ist vorzugsweise an dem Gehäusedeckel 8 befestigt, insbesondere stoffschlüssig befestigt, beispielsweise geklebt.
  • Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Fahrzeugbatterie 2 beziehungsweise des Batteriegehäuses 4, bei welchem zehn Batteriefächer 12 und entsprechend zehn Batteriemodule 14 vorgesehen sind.
  • Die Reihenschaltung der Batteriemodule 14 ist in der 2 strichliniert gezeigt. Die Reihenschaltung verläuft hierbei etwa U-förmig durch das Batteriegehäuse 4 beziehungsweise die Gehäuseunterschale 6. Hierbei sind die vertikalen U-Schenkel beidseitig des Mitteltunnels 10, also parallel zum Mitteltunnel 10, durch die Modulverbinder 16 realisiert, wobei der horizontale U-Schenkel quer zum Mitteltunnel 10 durch ein geschlossenes Trennelement 24 gebildet ist.
  • Da die Batteriemodule 14 gegenüberliegend an dem Mitteltunnel 10 angeordnet sind, tritt über den Mitteltunnel eine (Gleich-)Spannungsdifferenz der Reihenschaltung auf. In der 2 sind beispielsweise vier unterschiedliche Spannungsdifferenzen ΔU1 , ΔU2 , ΔU3 , ΔU4 gezeigt. Die Spannungsdifferenz ΔU1 , ΔU2 , ΔU3 , ΔU4 nimmt hierbei ausgehend von dem Trennelement 24 in Richtung des Anschlusses 18 sukzessive zu. Beispielsweise weist die Spannungsdifferenz ΔU1 einen Spannungswert von 100 V (Volt), die Spannungsdifferenz ΔU2 einen Spannungswert von 200 V, die Spannungsdifferenz ΔU3 einen Spannungswert von 300 V, und die Spannungsdifferenz ΔU4 einen Spannungswert von 450 V auf.
  • Des Weiteren ist erfindungsgemäß mindestens ein betätigbares Trennelement in der Reihen- oder Serienschaltung der Batteriemodule verschaltet, welches die Reihenschaltung galvanisch unterbricht, wenn eine thermische Überlast mindestens eines Batteriemoduls auftritt. Dadurch ist eine besonders geeignete und sichere Fahrzeugbatterie realisiert.
  • Bei hohen Temperaturen, beispielsweise 400 °C, ist es möglich, dass es zu einem Schmelzen der Isolationsschichten der Batteriemodule 14 und/oder des Isoliermaterials 20 kommt, so dass eine Gefahr eines Spannungsüberschlags über die Luftstrecke des Mitteltunnels 10 besteht. Im Falle einer solche thermischen Überlast wird daher - wie in 3 gezeigt - das beispielsweise als Pyroschalter ausgeführte Trennelement 24 geöffnet, und somit die Reihenschaltung an dieser Stelle galvanisch unterbrochen oder getrennt. Dadurch besteht keine Spannungsdifferenz über den Mitteltunnel 10 hinweg. Mit anderen Worten weisen die Spannungsdifferenzen ΔU1 , ΔU2 , ΔU3 , ΔU4 jeweils einen Spannungswert von 0 V auf.
  • Durch das Isoliermaterial 20 einerseits und das Trennelement 24 andererseits ist eine besonders sichere Fahrzeugbatterie 2 realisiert. Durch die galvanische Unterbrechung der Batteriemodul-Verschaltung ist weiterhin die Gefahr einer Ausbreitung einer Selbstentzündung oder eines thermischen Durchgehens von einem betroffenen Batteriemodul 14 auf benachbarte Batteriemodule 14 reduziert. Dadurch ist ein effektiver und sicherer Propagationsschutz der Fahrzeugbatterie bei einem thermischen Durchgehen eines Batteriemoduls beziehungsweise einer Batteriezelle gewährleistet.
  • In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Fahrzeugbatterie 2 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu dem Isoliermaterial 20 auch Isoliermaterialien 26, 28 an Stellen des Batteriegehäuses 4 vorgesehen, welche aufgrund ihres räumlichen Abstands zu hochspannungsführenden Teilen bei hohen Temperaturen von Spannungsüberschlägen betroffen sein können.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist zumindest einer der Modulverbinder 16 mit dem Isoliermaterial 26 versehen. Beispielsweise ist jeweils einer der sich paarweise am Mitteltunnel 10 gegenüberliegenden Modulverbinder 16 mit dem Isoliermaterial 26 versehen oder beschichtet. Des Weiteren ist das Isoliermaterial 28 an metallischen Befestigungselementen 30 innerhalb des Batteriegehäuses 4 vorgesehen. Das in 4 gezeigte Befestigungselement 30 ist beispielsweise eine Befestigungsschraube innerhalb des Mitteltunnels 10. Dies bedeutet, dass Isoliermaterial 28 in den Mitteltunnel 10 eingebracht ist.
  • Dadurch werden Spannungsüberschläge innerhalb des Batteriegehäuses 4 im Zuge einer Selbstentzündung oder eines thermischen Durchgehens eines Batteriemoduls 14 im Wesentlichen vollständig vermieden.
  • In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fahrzeugbatterie 2 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel der 5 entspricht im Wesentlichen dem in 1, wobei das flächige Isoliermaterial 20 durch eine der Anzahl der Batteriemodule 14 entsprechende Anzahl von Isoliermaterialien 32 ersetzt ist. Die Batteriemodule 14 sind hierbei ohne einen Berührschutzdeckel 34 (1) ausgeführt. In dieser Ausführung sind die Isoliermaterialien 34 dazu vorgesehen sowie dazu geeignet und eingerichtet den Berührschutzdeckel 34 zu ersetzen. Mit anderen Worten ist das thermisch und elektrisch isolierende Isoliermaterial 32 als ein deckelseitiger, elektrischer Berührungsschutz auf die Batteriemodule 14 aufgebracht.
  • Die Isoliermaterialien 20, 26,28, 32 sind vorzugsweise aus einem Glimmer- oder Glasfasermaterial ausgeführt.
  • Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Fahrzeugbatterie
    4
    Batteriegehäuse
    6
    Gehäuseunterschale
    8
    Gehäusedeckel
    10
    Mitteltunnel
    12
    Batteriefach
    14
    Batteriemodul
    16
    Modulverbinder
    18
    Anschluss
    19
    Druckausgleichventil
    20
    Isoliermaterial
    22
    Sicke/Vertiefung
    24
    Trennelement
    26, 28
    Isoliermaterial
    30
    Befestigungselement
    32
    Isoliermaterial
    34
    Berührschutzdeckel
    ΔU1, ΔU2, ΔU3, ΔU4
    Spannungsdifferenz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2017/139826 A1 [0007]

Claims (10)

  1. Fahrzeugbatterie (2) eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend - ein Batteriegehäuse (4) mit einem Gehäusedeckel (8) und mit einer Gehäuseunterschale (6), welche einen zentralen Mitteltunnel (10) aufweist, welcher von einer Anzahl von Batteriefächern (12) flankiert wird, und - eine Anzahl von Batteriemodulen (14), welche in den Batteriefächern (12) angeordnet sind, und welche mittels Modulverbindern (16) miteinander elektrisch in Reihe verschaltet sind, sowie - einem zwischen den Batteriemodulen (14) und dem Gehäusedeckel (8) vorgesehenen Isoliermaterial (20, 32) zur thermischen Isolierung, - wobei in der Reihenschaltung der Batteriemodule (14) mindestens ein betätigbares Trennelement (24) verschaltet ist, welches die Reihenschaltung galvanisch unterbricht, wenn eine thermische Überlast mindestens eines Batteriemoduls (14) auftritt.
  2. Fahrzeugbatterie (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (20, 26, 28, 30) elektrisch isolierend ausgebildet ist.
  3. Fahrzeugbatterie (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Modulverbinder (16) mit dem Isoliermaterial (26) versehen ist.
  4. Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass metallische Befestigungselemente (30) innerhalb des Batteriegehäuses (4) mit dem Isoliermaterial (28) versehen sind.
  5. Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (20) an eine Innenkontur des Gehäusedeckels (8) konturgetreu angepasst ist.
  6. Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trennelement (24) als ein Pyroschalter ausgeführt ist
  7. Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (20, 32) an dem Gehäusedeckel (8) befestigt ist.
  8. Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (20, 32) stoffschlüssig an dem Gehäusedeckel (8) befestigt ist.
  9. Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial (32) als ein deckelseitiger, elektrischer Berührungsschutz auf die Batteriemodule (14) aufgebracht ist.
  10. Elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Fahrzeugbatterie (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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